PRÁCTICA 2. IMPACTO DE UN CHORRO DE AGUA PDF

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PRÁCTICA 2. IMPACTO DE UN CHORRO DE AGUA. En esta práctica se estudiará la fuerza que ejerce un chorro de agua sobre tres superficies de distinta geometría. Para ello se dispone de un banco con una bomba de agua y un sistema de acoplamiento de masas para equilibrar la fuerza del chorro de agua. Los ...

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PRÁCTICA 2. IMPACTO DE UN CHORRO DE AGUA. En esta práctica se estudiará la fuerza que ejerce un chorro de agua sobre tres superficies de distinta geometría. Para ello se dispone de un banco con una bomba de agua y un sistema de acoplamiento de masas para equilibrar la fuerza del chorro de agua. Los resultados obtenidos experimentalmente se compararán con los teóricos, que obtendremos aplicando la ecuación de transporte de Reinolds.

Demostración de expresiones teóricas: - Utilizando la ley de conservación de masas aplicada a la ecuación de transporte de Reinolds, obtenemos:

Experimentalmente se puede comprobar que la magnitud de la velocidad de salida es igual que la de entrada, por lo que : - Utilizando la ley de conservación de la cantidad de movimiento aplicada a la ecuación de transporte de Reinolds, obtenemos: El volumen de control consta de cuatro superficies: superficie de entrada, superficie de salida, superficie de pared, superficie lateral. Siendo y perpendiculares al vector velocidad .



donde: es la fuerza que ejerce el chorro de agua sobre la pared o superficie que se está estudiando. es la fuerza de presión en la superficie de entrada. Su valor es 0 ya que la presión relativa es 0. es la fuerza de presión en la superficie de salida. Su valor es 0 ya que la presión relativa es 0. es la fuerza de la gravedad. Su valor no es 0, pero es irrelevante en comparación a las demás fuerzas que estamos considerando.



porque se trata de un flujo estacionario, es decir, no varía con el tiempo.

 como

y

* La componente anula entre sí.

es una componente radial, por lo que se

Igualando términos:

* Como se puede observar, el sentido de la fuerza es hacia abajo, pero el chorro ejerce la fuerza hacia arriba. Esto se debe a que esta fuerza es la que hace la superficie sobre el chorro, que es igual en magnitud que la fuerza del chorro pero de sentido contrario, por lo que la fuerza que ejerce el chorro sobre la pared es:

El experimento consta de tres superficies con distinto ángulo de salida: Para Para Para Una vez hecho el experimento, se han obtenido los datos: SUPERFICIE PLANA m(g)

m(kg)

Qexp(m3/h)

Qexp (m3/s)

vexp (m/s)

Peso(N)

Vteo (m/s)

Re

Cd

50 100 150 200 250 300 400 500

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5

0,7 0,8 1 1,1 1,25 1,4 1,6 1,75

0,0001944 0,0002222 0,0002777 0,0003055 0,0003472 0,0003888 0,0004444 0,0004861

3,868347 4,420969 5,526211 6,078832 6,907764 7,736695 8,841938 9,670869

0,4905 0,981 1,4715 1,962 2,4525 2,943 3,924 4,905

3,12380922 4,41773337 5,41059628 6,24761844 6,98504976 7,65173864 8,83546673 9,87835211

30946 35367 44209 48630 55262 61893 70735 77366

1,3042 1,9970 1,9171 2,1126 2,0450 1,9563 1,9970 2,0867

F (N)

6 5 4 3 2 1 0 3

exp

5

7

9

11 V (m/s)

teo

SUPERFICIE OBLÍCUA m(g)

m(kg)

Qexp(m3/h)

Qexp (m3/s)

vexp (m/s)

Peso(N)

Vteo (m/s)

Re

Cd

50 100 150 200 250 300 400 500

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5

0,6 0,75 0,9 1 1,1 1,25 1,4 1,55

0,0001666 0,0002083 0,00025 0,0002777 0,0003055 0,0003472 0,0003888 0,0004305

3,31572 4,14465 4,97359 5,52621 6,07883 6,90776 7,73669 8,56562

0,4905 0,981 1,4715 1,962 2,4525 2,943 3,924 4,905

2,55057 3,60706 4,41773 5,10115 5,70326 6,24761 7,21412 8,06564

26525 33157 39788 44209 48630 55262 61893 68525

1,77517 2,272225 2,366901 2,556254 2,640758 2,454003 2,608422 2,659993

F (N)

7 6 5 4 3 2 1 0

exp teo

3

4

5

6

7

8

9

10 V (m/s)

SUPERFICIE HEMISFÉRICA m(g)

m(kg)

Qexp(m3/h)

Qexp(m3/s)

vexp (m/s)

Peso(N)

Vteo (m/s)

50 100 150 200 250 300 400 500

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5

0,5 0,6 0,75 0,8 0,9 1 1,2 1,3

0,000138 0,000166 0,000208 0,000222 0,00025 0,000277 0,000333 0,000361

2,76310 3,31572 4,14465 4,42096 4,97359 5,52621 6,63145 7,18407

0,4905 0,981 1,4715 1,962 2,4525 2,943 3,924 4,905

2,20886 3,12380 3,82586 4,41773 4,93917 5,41059 6,24761 6,98504

5

6

Re

Cd

22104 26525 33157 35367 39788 44209 53051 57472

2,5562 3,5503 3,4083 3,9941 3,9448 3,8343 3,5503 3,7814

7

F (N)

6 5 4 3 2 1 0 3

exp

4

7

8

9 V (m/s)

teo

Cd 4,5 4 3,5 3 2,5 2 S.Plana S.Oblicua

1,5 1 0,5

S.Hemisfé rica

0 20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000 Re

Conclusiones: Cuanto mayor es el cambio de sentido del chorro, más fuerza se ejercerá sobre la superficie, y menor caudal y velocidad serán necesarios para una misma fuerza. El error que se puede observar en las gráficas se debe a varios factores, entre los que podemos destacar: - La válvula que regula el caudal de salida de la bomba no tiene la suficiente precisión. - El medidor de caudal utilizado tampoco tiene la suficiente precisión. - No se ha tenido en cuenta el rozamiento entre el agua y la superficie....